骨組織工程的發(fā)展趨勢

崔福齋 清華大學(xué)材料系 (北京 100084)

骨組織工程的發(fā)展趨勢

崔福齋 清華大學(xué)材料系 (北京 100084)

自從提出組織工程的概念以來，組織工程尤其是骨組織工程獲得了飛速發(fā)展,目前被認(rèn)為是最快能獲實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。十余年來隨著對骨組織工程三要素(細(xì)胞,支架材料,生長因子)認(rèn)知的加深，其中大量工作圍繞支架材料開展?？偟膩碚f，支架材料如果按制備方法來分類可以分為兩大種類：預(yù)設(shè)計(jì)支架和非預(yù)設(shè)計(jì)支架，本綜述分別對其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。鑒于傳統(tǒng)骨組織工程策略中因細(xì)胞產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際中面臨的難題，其實(shí)際應(yīng)用等待很長時(shí)期.本文同時(shí)也列舉了近年來提出并得到應(yīng)用的基于組織工程概念的實(shí)用發(fā)展策略。

組織工程 骨組織工程 支架材料 臨床應(yīng)用

Abstract:Since concept of tissue engineering was introduced, research in the field of tissue engineering and regenerative medicine has exploded, especially in bone tissue engineering. By the progress of bone tissue engineering during the last two decades, a series of rules for the properties of scaffolds were proposed, scaffold meet the rules were synthesized through various methods. According to the approach of synthesis, scaffolds could be classi field to the designed controlled scaffold and non-designed controlled scaffold, both of which were reviewed in this paper. To bring the concept of bone tissue engineering to the clinic, some proposed strategies were discussed.

Key words:tissue engineering, bone tissue engineering, scaffold, clinic application

0 引言

在世界范圍內(nèi)，由于創(chuàng)傷，腫瘤 和感染等原因造成的骨缺損每年都在折磨著眾多的患者。自19世紀(jì)以來，人們一直采用骨移植術(shù)，通過植入自體骨，異體骨和人工骨替代材料來修復(fù)大范圍骨缺損。然而這些材料都各自存在著不可忽視的缺陷。這些骨移植材料，分別有來源有限，排異反應(yīng)，與宿主骨的力學(xué)性能不匹配，以及使用壽命等方面的問題，導(dǎo)致它難以達(dá)到令人滿意的骨修復(fù)效果。骨組織工程在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生，給骨修復(fù)帶來新的期盼。

1985年生物力學(xué)專家Y.C. Fung 向美國科學(xué)基金會(huì)(NSF)申請建立一個(gè)工程研究中心，名稱為“活組織工程中心”(Center for Engineering of Living Tissues)[1]，然而當(dāng)局并沒有批準(zhǔn)他的申請。1993年，Langer和 Vacanti在Science上首次發(fā)表了題為“Tissue Engineering”[2]的論文，并提出了組織工程的基本含義：應(yīng)用工程學(xué)和生命科學(xué)的基本原理和技術(shù)，在體外構(gòu)建具有生物功能的人工替代物，用于修復(fù)組織缺損，替代失去功能或衰竭的組織、器官的部分或全部功能。而骨組織工程就是利用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)原理，研究開發(fā)修復(fù)和改善損傷骨組織形態(tài)和功能的生物替代物的一門科學(xué)，其發(fā)展速度在組織工程領(lǐng)域中是最快的。

骨組織工程基于種子細(xì)胞+生長因子+支架材料的概念，其中支架材料一方面作為種子細(xì)胞和生長因子的載體將其運(yùn)送至缺損部位，另一方面還給新骨生長提供支撐的作用，是骨組織工程的關(guān)鍵，同時(shí)也是全世界研究力量投入最多的地方。由于組織工程細(xì)胞相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需長期的論證和安全性驗(yàn)證，近年用自體細(xì)胞的組織工程策略備受關(guān)注[5]。

1 支架材料需滿足的條件

Scott在最近的綜述[3]中提出了支架設(shè)計(jì)的4F準(zhǔn)則：形狀訴求(Form)、性能訴求(Function)、功能訴求(Formation)和可植入性(Fixation)。形狀訴求是指支架材料必須能夠完全填充復(fù)雜的三維缺陷，并且可以誘導(dǎo)再生組織填充整個(gè)缺陷；性能訴求是指支架材料必需擁有相應(yīng)的性能(主要是力學(xué)性能)，可以在缺失組織得到修復(fù)之前暫時(shí)起到缺失組織的作用來滿足日?；顒?dòng)的需求；功能訴求是指支架材料能夠通過釋放生長因子和提供合適的環(huán)境來促進(jìn)組織再生；可植入性指的是支架材料可以在外科手術(shù)中植入人體，并起到預(yù)期的功效。其中形狀訴求是一個(gè)三維的幾何學(xué)問題，可以通過CT(Computed tomography)和MRI(Magnetic resonance)等方法來實(shí)現(xiàn)；而可植入性同時(shí)是一個(gè)幾何學(xué)和力學(xué)要求，支架材料必須可以固定在骨缺陷中，并且提供和適的表面以滿足縫合以及固定的需要。這兩個(gè)要求相對簡單，而性能訴求和功能訴求就要復(fù)雜得多。

對于骨組織工程中的支架材料來說，性能訴求主要指的是力學(xué)性能要求，即支架的力學(xué)性能必須與環(huán)境組織的力學(xué)性能相匹配：太軟的支架不足以支撐人體的日?；顒?dòng)需求，而太硬的材料也會(huì)帶來負(fù)面的影響，如骨組織的吸收等。雖然與周圍環(huán)境中組織的力學(xué)性能相匹配可以作為衡量支架材料力學(xué)性能是否合格的標(biāo)準(zhǔn)，然而組織的力學(xué)性能是相當(dāng)復(fù)雜的。由于天然骨組織的特性，其力學(xué)性能并不能簡單的定義為強(qiáng)度或模量，因?yàn)槭紫葘τ诓煌墓墙M織來說模型是截然不同的，包括線性彈性、非線性彈性、粘彈性等；其次即使對于某種特定的骨組織來說通常也需要同時(shí)采用許多不同的模型來進(jìn)行模擬。因此，為了滿足力學(xué)性能匹配的要求，支架材料必須滿足一系列相當(dāng)復(fù)雜的力學(xué)要求，同時(shí)也必須滿足骨的各向異性[4]。除此以外，考慮到支架材料的力學(xué)性能會(huì)隨著降解而緩慢的喪失，一個(gè)在植入時(shí)滿足要求的支架很有可能會(huì)在植入一段時(shí)間后喪失其應(yīng)有的支撐能力，從而導(dǎo)致手術(shù)的失敗。

另一方面支架材料的功能訴求要求其必須能夠促進(jìn)組織的再生，而組織再生的情況會(huì)受到三方面因素的影響：(1)材料表面的性狀與細(xì)胞的相互作用；(2)支架材料對生長因子釋放的調(diào)控；(3)支架的物質(zhì)傳導(dǎo)作用。20世紀(jì)90年代Robert Langer等人就已經(jīng)研究了調(diào)節(jié)材料與細(xì)胞的相互作用對促進(jìn)組織再生的效果[6]，特別是最近20年來該領(lǐng)域取得了諸多進(jìn)展。在這段期間，人們通過研究發(fā)現(xiàn)磷酸鈣表面是具有骨傳導(dǎo)功能的，有利于骨沉積[7]，此外，Kokubo，Murphy等人也在金屬鈦和聚合物表面通過生物礦化地方法制備出了骨傳導(dǎo)涂層[8～12]。支架的物質(zhì)傳導(dǎo)作用主要是指自體組織在支架內(nèi)的滲透和擴(kuò)散作用，以及氧氣在支架中的滲透和擴(kuò)散作用。在自體組織的滲透方面，目前已經(jīng)有Hollister等人的計(jì)算，他們的計(jì)算主要針對的是骨組織在支架中的擴(kuò)散和滲透常數(shù)[13～15]。相比較而言，關(guān)于支架中氧的傳導(dǎo)研究就更加豐富一些，Domm[16]和Malda[17]等人的研究證明環(huán)境中較低的氧分壓有利于軟骨細(xì)胞的生存和軟骨組織的再生，反之，Utting[18]等人證明較高的氧分壓有利于成骨細(xì)胞的繁殖。此外，骨髓基質(zhì)干細(xì)胞也受到環(huán)境中氧分壓的影響，Robins[19]等人發(fā)現(xiàn)低的氧分壓有利于骨髓基質(zhì)干細(xì)胞分化為軟骨細(xì)胞，同時(shí)D’Ippolito[20]發(fā)現(xiàn)低的氧分壓對成骨細(xì)胞有抑制作用。

盡管人們對合格的骨組織工程支架材料提出了一系列要求，卻無法說清楚一個(gè)具體的支架需要滿足什么樣具體的性能指標(biāo)，這是一個(gè)需要將來研究以填補(bǔ)的空白。而要弄清楚這些具體的問題一方面需要弄清楚復(fù)雜的天然骨組織的分子水平結(jié)構(gòu)和性能，另一方面需要研究現(xiàn)有支架材料在大型動(dòng)物模型中的作用。脫細(xì)胞技術(shù)處理好了，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)支架也是國內(nèi)外努力的一個(gè)重要方向[4]。

人工支架材料從其制造工藝上看可以分為兩種：預(yù)設(shè)計(jì)支架(Designed Controlled Scaffold)和非預(yù)設(shè)計(jì)支架(Non-Designed Controlled Scaffold)[3]，在本文中將詳細(xì)介紹這兩種支架材料。

2 預(yù)設(shè)計(jì)支架材料

預(yù)設(shè)計(jì)支架顧名思義就是支架的結(jié)構(gòu)和性能在設(shè)計(jì)階段決定。而一個(gè)滿足4F準(zhǔn)則的支架通常是有著多變的外形和復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)的材料，所以這一階段通常往往需要經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算才能完成。

支架的外形設(shè)計(jì)相對比較容易，可以由CAD[21～24](Computer-Aided Design)或者 IBD[25～27](Image-Based Design)來進(jìn)行，但是微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就十分復(fù)雜。因?yàn)橹Ъ芪⒂^結(jié)構(gòu)的改變必然會(huì)同時(shí)帶來力學(xué)性能，滲透性/擴(kuò)散性的變化，而且一者的增強(qiáng)必然會(huì)帶來另外一者的減弱[28]，于是要達(dá)到要求的性能就必須仔細(xì)尋找微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的平衡點(diǎn)。于是如何在這兩者之間找到平衡就成了該領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)課題。有眾多的研究人員通過均一化理論對其進(jìn)行了計(jì)算和模擬[29～33]。Scott[34～37]等人通過求解局域方程得到局域的特征變量，將特征變量與微觀結(jié)構(gòu)整合進(jìn)而得出支架材料的有效性能指標(biāo)。

與此同時(shí)，另外一部分學(xué)者采用了非均一化方法對固定微觀結(jié)構(gòu)下材料的有效性能指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算。Anderson和Knoth-Tate[38]采用計(jì)算流體力學(xué)在軟件Fluent的幫助下求解了支架微觀孔道內(nèi)的流體速率。Adachi等人[39]把支架材料的降解和骨組織的再生放在同一個(gè)模型中進(jìn)行考量，得出了預(yù)測支架力學(xué)性能隨時(shí)間變化的模型。

通過上述的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，Lin等人[37]設(shè)計(jì)并制造出多孔的鈦腰椎融合器，該融合器可以承受正常人體脊柱所承擔(dān)的應(yīng)力，并且其性能的各向異性與人體實(shí)際情況相吻合(圖1)。

對于預(yù)設(shè)計(jì)支架來說，為了保證設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和功能在實(shí)際產(chǎn)品中得到完全的體現(xiàn)，只能采取一種制造工藝——噴涂成型，又叫做非固態(tài)成型(SFF，Solid Free-Form Fabrication)。所謂噴涂成型是指通過噴涂法一層一層將事先已經(jīng)設(shè)計(jì)好的整個(gè)三維外形以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)堆積出來，然后通過其他的手段將剛剛成型的支架形狀和結(jié)構(gòu)固定，這一過程涉及到噴涂沉積技術(shù)、激光聚合技術(shù)、激光燒結(jié)技術(shù)和結(jié)構(gòu)印刷技術(shù)等等技術(shù)領(lǐng)域。

由于噴涂技術(shù)對材料的制約，現(xiàn)在SFF法所使用的材料主要是聚合物，陶瓷，還有聚合物/陶瓷的復(fù)合材料。目前已經(jīng)有很多相關(guān)的工作了，例如Langer小組通過甘油和癸二酸縮聚制備出聚甘油癸二酸(PGS，poly(glycerol-sebacate))[40,41]，拉伸強(qiáng)度超過0.5MPa，切變模量為0.282MPa，可以承受200%的彈性形變。該支架具有不錯(cuò)的生物相容性，植入體內(nèi)僅僅會(huì)引起微弱的炎癥反應(yīng)，通過表面腐蝕可以再35天的時(shí)間內(nèi)完全降解。無論是力學(xué)性能還是降解性能都可以通過調(diào)節(jié)材料的合成條件來控制。Hutmacher，Teoh[42,44]等人通過熔融沉積成型的方法合成出了PCL和PCL/磷酸三鈣(TCP)陶瓷的復(fù)合材料。Zein等人制造出PCL的支架材料，空隙率可以在48%和77%之間調(diào)節(jié)，模量可以在4MPa到77MPa之間調(diào)節(jié)，屈服強(qiáng)度強(qiáng)度在0.4MPa到3.6MPa之間。Liu[45]等人發(fā)明了一種低溫噴涂的方法制備出了PLLA/TCP和PLGA/TCP復(fù)合材料的支架，孔隙率為74～81%，模量為17～23MPa，屈服強(qiáng)度在0.75MPa到1.4MPa之間。SFF法制備出的支架的孔道直徑往往有數(shù)百個(gè)微米，如Lee等人[46]利用光固化制備的PPF支架具有直徑為500～900μm的孔道，孔隙率為30～63%，模量為15～40MPa。另外一個(gè)小組中，Lee等人[47]制備出具有300μm直徑孔道的PPF支架，模量在200MPa到588MPa之間，極限強(qiáng)度為27～129MPa。

圖1 通過多元拓?fù)鋬?yōu)化過程同時(shí)設(shè)計(jì)支架的外型和內(nèi)部三維孔道結(jié)構(gòu)a)在兩個(gè)脊椎體之間建立一個(gè)宏觀的設(shè)計(jì)區(qū)域；b)在設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)通過宏觀拓?fù)鋬?yōu)化得到滿足生理載荷的材料密度分布；c)在滿足宏觀優(yōu)化預(yù)測的孔隙率基礎(chǔ)上進(jìn)行微觀拓?fù)鋬?yōu)化得到具有特定微觀多孔結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬材料；d)通過Boolean 交叉算法將宏觀外型和微觀孔道結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起得到最終的產(chǎn)物；e)以金屬鈦為原料通過微區(qū)激光熔融工藝制備得到的實(shí)體支架材料。

3 非預(yù)設(shè)計(jì)支架材料

同預(yù)設(shè)計(jì)支架材料不同，非預(yù)設(shè)計(jì)支架材料在制備以前并沒有一個(gè)具體的性能和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，它制備的準(zhǔn)則是仿生。人們都試圖通過研究天然組織本身來模擬構(gòu)建適宜的支架結(jié)構(gòu)，Curry在上世紀(jì)70年代廣泛研究了礦化的生物材料，出版了權(quán)威著作“Bone”[48]?；诜律V化的原理，清華大學(xué)崔福齋組通過自組裝方法制備出的納米晶羥基磷灰石/膠原(nHAC)在成分和結(jié)構(gòu)上都與天然骨組織十分接近[49]。Nature Materials曾發(fā)表評論說：他給出實(shí)驗(yàn)證明了骨礦化膠原的分級結(jié)構(gòu)理論，開辟了用仿生自組裝制造生物材料的新途徑[50]。在前人工作的基礎(chǔ)上，人們認(rèn)識到適合骨組織工程的支架材料必須具有良好的生物相容性，適中的力學(xué)性能，降解速率與自體骨組織再生速率相匹配，還要有合適的空隙率和孔徑。

現(xiàn)階段常用的骨組織工程支架材料主要有：生物陶瓷，天然高分子和合成高分子，三種材料最典型的代表分別是：羥基磷灰石，殼聚糖和聚乳酸。羥基磷灰石(HA，Ca5(PO4)3(OH))是一種鈣—磷基陶瓷，在醫(yī)學(xué)及牙科領(lǐng)域已經(jīng)應(yīng)用了20多年。由于它和骨骼中磷灰石的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)基本相同，所以在植入人體后可以與人體骨骼結(jié)合，并逐漸被自體骨替代，具有良好的生物相容性和骨引導(dǎo)性。殼聚糖又稱幾丁聚糖是甲殼經(jīng)過脫乙?；玫降囊环N天然陽離子多糖，具有良好的生物相容性，可降解性和成膜性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化工和環(huán)保等行業(yè)。聚乳酸是一種具有優(yōu)良的生物相容性和可生物降解的聚合物，經(jīng)FDA批準(zhǔn)用作醫(yī)用手術(shù)縫合線和注射用微膠囊、微球及埋植劑等制劑的材料。

為了制備出具有合適力學(xué)強(qiáng)度和孔隙度以及孔徑、孔形狀的支架材料，人們發(fā)展出許多的方法，這些方法都集中在“造孔”上。這些方法包括：溶劑澆鑄-粒子瀝濾法、氣體發(fā)泡法、乳液冷凍干燥法、靜電紡絲法、和相分離法等。

溶劑澆鑄-粒子瀝濾法(SCPL，Solvent-casting and particulate leaching)是一種簡單且最常用的支架材料制備方法。該方法是將水溶性鹽例如氯化鈉，檸檬酸鈉粒子均勻分散在可生物降解聚合物的溶液中，并將混合溶液澆鑄到模具中，在溶劑通過蒸發(fā)或凍干被除去后，濾除鹽粒子，得到多孔的海綿型支架。氣體發(fā)泡法(GF，Gas foaming)是將將固體聚合物放入高壓氣氛中，使氣體滲入聚合物塊并達(dá)到飽和。然后通過熱力學(xué)不穩(wěn)定性使氣體迅速地從聚合物基體中釋放出來，導(dǎo)致氣泡在材料內(nèi)部生成，由此形成多孔支架。乳液冷凍干燥法(EFD，Emulsion freeze drying)是指將由聚合物溶液和水構(gòu)成的乳液迅速冷凍，然后冷凍干燥除去有機(jī)溶劑和水得到多孔支架材料，清華大學(xué)崔福齋[51]等人利用EFD法制備出具有良好生物相容性和骨傳導(dǎo)性的nHAC/PLA支架材料(圖2)。靜電紡絲法(Electrospinning)誕生于19世紀(jì)，是將聚合物溶液或熔體注射到電場中，使聚合物液滴表而帶電，在電場力的作用下被迅速拉伸，同時(shí)溶劑揮發(fā)，形成纖維。Hong J.H.[52]等人利用該方法制備了直徑100nm，比表面積1000m2/g的纖維。相分離法(PS，Phase separation)是先將聚合物溶解在溫度較高的溶劑中，然后降低溶液溫度使液—液或固—固相分離，通過升華除去富溶劑的一相，得到多孔聚合物支架。

非預(yù)設(shè)計(jì)支架材料往往具有非常精細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有數(shù)個(gè)微米或是納米尺度的微觀結(jié)構(gòu)，與預(yù)設(shè)計(jì)支架材料的數(shù)百微米的孔道結(jié)構(gòu)相比更加有利于細(xì)胞的生長和組織的再生。然而，非預(yù)設(shè)計(jì)支架材料的制備過程往往是不能做到完全可控的，因此支架材料的可重復(fù)性比較差，難以做到批量生產(chǎn)。

圖2 nHAC支架掃面電鏡圖片

4 骨組織工程臨床應(yīng)用策略

對于骨組織工程而言，無論支架材料如何選擇，離進(jìn)入實(shí)際的應(yīng)用都有著相當(dāng)長的距離。原因在于，對于種子細(xì)胞的來源，儲(chǔ)存和運(yùn)輸，還有體外培養(yǎng)等等相關(guān)的具體操作事宜上還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，歐盟和FDA正在制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，其中歐盟預(yù)計(jì)需要5年的時(shí)間。這也就是說，最少在將來的5年中骨組織工程無法真正的得到臨床應(yīng)用。然而，現(xiàn)階段的臨床應(yīng)用中仍舊可以使用骨組織工程的概念，并且遵循現(xiàn)有FDA的標(biāo)準(zhǔn)，這些理念更容易得到FDA的批準(zhǔn)。

(1) 支架材料+生長因子/藥物

BMP2是常用的骨生長因子，Chen等人成功的將BMP2復(fù)合在膠原纖維的支架材料中，通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，4到12周以后獲得了相當(dāng)出色的修復(fù)效果[53]。Karageorgiou等人通過將BMP2和絲素支架的復(fù)合顯著的增加了成骨能力[54]。此外，Lee等人將BMP2與纖維蛋白復(fù)合并控制BMP2的局部穩(wěn)定釋放，在獲得良好成骨效果的同時(shí)成功的避免了組織排斥反應(yīng)[55]。Kamakura等人合成了磷酸八鈣支架材料并復(fù)合了BMP2在大鼠顱骨模型上獲得了成功。除了BMP2之外，常用的骨生長因子還有BMP4。Han等人往大鼠顱骨破損處植入復(fù)合了BMP4的支架材料并在8周以后觀察到了大量的新骨生成[56]。

(2) 支架材料+自體骨髓細(xì)胞/自體血漿

利用自體骨髓細(xì)胞和自體血漿代替種子細(xì)胞，既可以回避掉種子細(xì)胞帶來的種種困擾也可以有效地達(dá)到組織修復(fù)的效果。Bina[57]等人將聚已內(nèi)酯—磷酸三鈣支架材料同富血小板血漿復(fù)合，用于骨缺損修復(fù)獲得了很好的效果。楊新明[58]等人利用濃集自體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞和支架材料復(fù)合開展了治療早期股骨頭壞死的實(shí)驗(yàn)。目前也已經(jīng)有多例利用字體骨髓基質(zhì)干細(xì)胞復(fù)合支架材料治療顱骨缺損的案例。足日?；顒?dòng)的需要。將預(yù)設(shè)計(jì)支架和非預(yù)設(shè)計(jì)支架的概念結(jié)合在一起，以期獲得二者的長處避免二者的缺點(diǎn)，獲得理想的支架材料。

從生物學(xué)角度來說，對細(xì)胞與材料相互作用的理解越深刻，在支架材料的設(shè)計(jì)上才會(huì)有更加明確的標(biāo)準(zhǔn)。因此，這方面的研究也應(yīng)當(dāng)是一個(gè)骨組織工程的關(guān)鍵課題。而且近幾年來干細(xì)胞越來越多的應(yīng)用到組織工程領(lǐng)域中，對于干細(xì)胞作用和局限性的理解也會(huì)幫助支架的設(shè)計(jì)，并最終有助于組織的再生和修復(fù)。

納米科技的發(fā)展也對骨組織工程造成了很大的影響，研究材料在納米尺寸內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)對細(xì)胞在繁殖分化等等方面上的影響也是一個(gè)熱門課題。在仿生學(xué)，支架設(shè)計(jì)乃至最終的臨床應(yīng)用上都有很大的意義。

5 展望

從現(xiàn)階段的發(fā)展看來，無論是預(yù)設(shè)計(jì)支架還是非預(yù)設(shè)計(jì)支架都各自取得了很大的進(jìn)展，并且自成一套體系，然而也都各自存在著許多的問題。

對于預(yù)設(shè)計(jì)支架來說，需要更加精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來更加精確地滿足性能設(shè)計(jì)提出的要求，單純的周期性結(jié)構(gòu)并不能真正的反應(yīng)天然組織的形態(tài)。并且現(xiàn)有的預(yù)設(shè)計(jì)支架的孔道結(jié)構(gòu)太過粗糙，不利于細(xì)胞增殖和組織再生，需要改進(jìn)SFF法的精度，需要更加精密的儀器。與此同時(shí)目前SFF所用的材料太過單一的現(xiàn)狀也亟需改善，開發(fā)出更多的生物相容性更好的可以利用SFF法成型的材料用于骨組織工程勢所必行。

對于非預(yù)設(shè)計(jì)支架來說，雖然支架材料擁有很精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，甚至是“微觀—介觀—宏觀”的多級結(jié)構(gòu)，有利于組織的再生，然而這種支架的可重復(fù)性不高。此外，這種支架在力學(xué)性能上往往很難完全滿

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The Development of Bone Tissue Engineering

CUI Fu-zhai Department of Materials Science & Engieering, Tsinghua University (Beijing 100084)

1006-6586(2010)02-0016-07

R318.08

A

2010-01-04

崔福齋，教授，博士生導(dǎo)師

本工作獲國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目50830102資助